JP7386031B2 - 動力伝達装置及びハイブリッドシステム - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達装置、特に、エンジン及び電動機からの動力を変速機に伝達する動力伝達装置に関する。また、本発明は、この動力伝達装置を有するハイブリッドシステムに関する。

エンジン及び電動機を備えたハイブリッド車両の動力伝達装置が、特許文献１及び特許文献２に示されている。

特許文献１の装置は、エンジンと電動機とがオフセットされた軸上に配置されている。そして、エンジンからの動力はトルクコンバータを介して変速機に伝達される。また、電動機からの動力は、動力伝達部及びトルクコンバータを介して変速機に伝達される。ここでは、電動機の回転は、トルクコンバータの外郭を介して、すなわち、クラッチを介することなくエンジンに伝達される。

また、特許文献２の装置は、エンジンと電動機とがオフセットされた軸上に配置されている。そして、エンジンからの動力はクラッチ等を介して変速機に伝達される。また、電動機からの動力は、チェーン及びスプロケットを介してエンジンが配置された軸に伝達され、変速機に伝達される。ここでは、電動機の回転は、クラッチを介してエンジンに伝達される。

米国特許公開公報２０１８／００１５８１７ 米国特許公開公報２０１９／０１７６６０８

特許文献１の装置は、電動機が回転しているときは、常にエンジンが回転する。したがって、エネルギ回生時に電動機を回転させると、電動機とともにエンジンが連れ回る。このため、回生時において、摩擦等によるロスが大きくなるという問題がある。

また、特許文献２の装置では、電動機とエンジンとの間にクラッチが設けられているので、クラッチによって電動機とエンジンとの間の回転の伝達を遮断することが可能である。したがって、前述のようなエネルギ回生時のエンジン連れ回りによるロスをなくすことが可能である。

しかし、電動機とエンジンとの間の回転伝達を遮断した状態で電動機による走行をしている際に、クラッチをオンすることによってエンジンを始動させようとすると、エンジン起動時のショックが大きくなる。このため、特許文献２のタイプの装置では、一般的に、走行用の電動機とは別に、エンジン始動用の電動機（スタータモータ）が設けられており、構造が複雑になる。

また、電動機による走行中に、この電動機によってエンジンを始動させることも可能であるが、エンジン始動時のショックを抑えるために、クラッチを滑らせたり、電動機のトルクを高い精度で制御したりする必要がある。

本発明の課題は、簡単な構成で、エネルギ回生時のロスを抑えることができるとともに、電動機による走行中に、始動用の電動機を用いることなくスムーズにエンジンの始動を行うことができるようにすることにある。

（１）本発明に係る動力伝達装置は、エンジン及び電動機からの動力を変速機に伝達する。この動力伝達装置は、第１駆動軸と、第１出力軸と、第２出力軸と、伝達制御部と、第２駆動軸と、第１伝達部と、第２伝達部と、伝達切替部と、を備えている。

第１駆動軸はエンジンの回転が入力される。第２出力軸は変速機に直結されている。伝達制御部は、第１駆動軸と第１出力軸及び第２出力軸との間に配置され、第１駆動軸からの回転を第１出力軸に伝達し、第１出力軸からの回転を第２出力軸に伝達し、第２出力軸からの回転を第１出力軸及び第１駆動軸に伝達しない。第２駆動軸は、第１駆動軸と別の回転軸心を持ち、電動機の回転が入力される。第１伝達部は第１出力軸と第２駆動軸との間で回転を伝達可能である。第２伝達部は第２出力軸と第２駆動軸との間で回転を伝達可能である。伝達切替部は第１伝達部と第２伝達部のいずれか一方のみを作動可能にする。

この装置では、エネルギ回生時においては、伝達切替部によって、第２伝達部を作動可能とし、第１伝達部を作動不能とすることができる。このような状態では、車輪から変速機に伝達された回転は、変速機→第２出力軸→第２伝達部→第２駆動軸の経路で電動機に伝達される。これにより、電動機が回転して発電され、バッテリが充電されるとともに、回生ブレーキによって車両が減速する。

このとき、第１伝達部は作動不能であるので、第２伝達部によって第２駆動軸に伝達された回転は、第１出力軸に伝達されない。したがって、エンジンには回転は伝達されず、エネルギ回生時のエンジンの連れ回りをなくすことができる。また、変速機からの回転は第２出力軸に伝達されるが、第２出力軸の回転は伝達制御部によって第１出力軸及び第１駆動軸に伝達されない。したがって、変速機から第２出力軸に伝達された回転もエンジンに伝達されず、エンジンは連れ回りしない。このため、エネルギ回生時において、エンジンの連れ回りによるロスをなくすことができる。

次に、電動機による走行中においては、伝達切替部によって、第１伝達部を作動可能とし、第２伝達部を作動不能とすることができる。このような状態では、電動機の回転は、第２駆動軸→第１伝達部→第１出力軸→伝達制御部→第２出力軸→変速機の経路で車輪に伝達される。また、電動機の回転は、第２駆動軸→第１伝達部→第１出力軸→伝達制御部→第１駆動軸の経路でエンジンに伝達される。すなわち、電動機による走行中は、常にエンジンが回転している。このため、電動機による走行中に、エンジンを点火するだけで、エンジンをスムーズに始動することができる。ここでは、走行用の電動機を用いてエンジンを始動させることができ、スタータ用の電動機を別に設ける必要がなくなる。

（２）好ましくは、伝達制御部は、インペラと、タービンと、を有する流体継手である。インペラは第１駆動軸及び第１出力軸が連結されている。タービンは第２出力軸が連結されている。

一般的に、流体継手においては、インペラからの動力はタービンに効率よく伝達されるが、逆にタービンからの動力はインペラに実質的に伝達されない。このため、第１駆動軸からインペラに入力された動力（回転）は、タービンを介して第２出力軸に伝達されるが、変速機から第２出力軸に伝達された動力（回転）は、第１駆動軸にほぼ伝達されない。すなわち、伝達制御部として機能する。

ここでは、伝達制御部が流体継手によって構成されているので、特に、電動機による走行中にエンジンを始動する場合、よりショックを少なくすることができる。

（３）好ましくは、伝達制御部は、インペラとタービンとの間にステータをさらに有している。ここでは、伝達制御部がトルクコンバータによって構成されているので、電動機による走行において、電動機のトルクを増幅することができ、小型の電動機を用いることができる。

（４）好ましくは、第１駆動軸、第１出力軸、及び第２出力軸は、同軸上に配置されている。

（５）好ましくは、第１伝達部は所定の変速比を有している。ここでは、第１伝達部の変速比を仕様に応じて適宜設定することにより、例えば、電動機のトルクを増幅することができ、電動機の小型化を実現することができる。また、第１伝達部に所定の変速比を持たせることにより、要求特性の異なる電動機（例えば、油圧発生装置駆動用電動機、エンジン始動/車両駆動用電動機）を１つに集約することができる。具体的には、後述するように、本装置に油圧発生装置をさらに備える場合は、適切な変速比に設定することで，例えば車両駆動と油圧発生装置駆動などの異なる特性が要求される電動機を、１つの電動機で実現できる。

（６）好ましくは、第１伝達部と第２伝達部とは異なる変速比を有している。ここで、第１伝達部と第２伝達部とが異なる変速比を有している場合は、例えば、エンジン走行中に電動機がジェネレータとして機能している時、電動機の発電効率が良い領域に近くなるような回転数になるように、第１伝達部の変速比とは無関係に第２伝達部の変速比を設定することができる。

（７）好ましくは、第２駆動軸に連結された油圧発生装置をさらに備えている。ここでは、電動機によって第２駆動軸を回転させると、アイドリングストップしている際に、エンジンを再始動することなく油圧を発生させることができる。したがって、アイドリングストップの時間を長くすることができる。

（８）好ましくは、伝達切替部は、第１切替モードと、第２切替モードと、中立モードと、を選択可能である。第１切替モードは第１伝達部のみを作動可能にするモードである。第２切替モードは第２伝達部のみを作動可能にするモードである。中立モードは第１伝達部と第２伝達部の両方を作動不能にするモードである。

ここでは、エンジンによる走行中において油圧の供給が不要な場合に、油圧発生装置を停止させて油圧発生装置によるロスをなくすことができる。

（９）本発明に係るハイブリッドシステムは、エンジンと、電動機と、変速機と、前記の動力伝達装置と、を備えている。

以上のような本発明では、簡単な構成で、エネルギ回生時のロスを抑えることができるとともに、電動機による走行中に、始動用の電動機を別に設けることなく、スムーズにエンジンの始動を行うことができる。

本発明の一実施形態によるハイブリッドシステムの概略構成図。 図１の伝達切替部を第１切替モードに切り替えた場合の概略構成図。 図１の伝達切替部を第２切替モードに切り替えた場合の概略構成図。

［ハイブリッドシステム］
図１は、本発明の一実施形態によるハイブリッドシステムの概略構成図である。このハイブリッドシステムは、エンジン１と、電動機２と、動力伝達装置３と、変速機４と、を備えている。変速機４の出力軸は、左右の駆動車軸５Ｌ，５Ｒを介してそれぞれ車輪６Ｌ，６Ｒに連結されている。

［動力伝達装置３］
動力伝達装置は、第１駆動軸１１と、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ（伝達制御部の一例であり、以下、単に「トルクコンバータ」と記載する）２０と、第１出力軸３１及び第２出力軸３２と、を備えている。第１駆動軸１１と、第１出力軸３１と、第２出力軸３２と、は同じ回転軸心を有している。また、動力伝達装置３は、第２駆動軸１２と、第１伝達部４１と、第２伝達部４２と、伝達切替部５０と、を備えている。

第１駆動軸１１は、エンジン１の出力部材（例えばドライブプレート）に連結され、エンジン１の回転が直接入力される。トルクコンバータ２０は、インペラ２１と、タービン２２と、ステータ２３と、ロックアップクラッチ２４と、を有する従来から周知の構成である。第１出力軸３１は、インペラ２１に連結されており、このインペラ２１を介して第１駆動軸１１の回転がそのまま第１出力軸３１に伝達される。第２出力軸３２は、タービン２２及びロックアップクラッチ２４の出力側に連結されている。したがって、第２出力軸３２には、流体を介して、あるいはロックアップクラッチ２４及びタービン２２を介して、エンジン１の回転が伝達される。また、第２出力軸３２は、変速機４の入力軸に連結されており、第２出力軸３２と変速機４との間では、回転がそのまま伝達される。

以上のように、第１駆動軸１１と、第１出力軸３１及び第２出力軸３２と、の間にはトルクコンバータ２０が設けられているので、第１駆動軸１１からの回転は第１出力軸３１及び第２出力軸３２に伝達される。一方、トルクコンバータ２０では、インペラ２１からの回転は効率よくタービン２２に伝達されるが、タービン２２からの回転はインペラ２１には実質的に伝達されない。このため、出力側（変速機４）からの回転が、第２出力軸３２を介してタービン２２に伝達された場合、このタービン２２の回転はインペラ２１及び第１駆動軸１１を介してエンジン１には伝達されない。

なお、出力側から回転が入力された場合は、トルクコンバータ２０への作動油の供給を停止する等して、タービン２２からの回転がインペラ２１、第１駆動軸１１、及びエンジン１に伝達されないようにすることも可能である。

第２駆動軸１２は、第１駆動軸１１と別の回転軸心を持ち、電動機２の出力軸に連結されている。したがって、この第２駆動軸１２には、電動機２の回転がそのまま伝達される。この第２駆動軸１２の端部には、油圧発生装置６０が連結されている。したがって、電動機２が回転すれば、常に油圧発生装置６０が駆動され、油圧が発生する。

第１伝達部４１は、第１プーリ４１１と、第３プーリ４１３と、これらのプーリ４１１，４１３を連結するベルト４１５と、を有している。第１プーリ４１１は第１出力軸３１に固定されている。第３プーリ４１３は第２駆動軸１２に相対回転自在に支持されている。

第２伝達部４２は、第２プーリ４１２と、第４プーリ４１４と、これらのプーリ４１２，４１４を連結するベルト４１６と、を有している。第２プーリ４１２は第２出力軸３２に固定されている。第４プーリ４１４は第２駆動軸１２に相対回転自在に支持されている。

伝達切替部５０は、クラッチＣと、第１係合部５１と、第２係合部５２と、を有している。クラッチＣは、第２駆動軸１２と相対回転不能に、かつ軸方向移動自在に装着されている。第１係合部５１は、第３プーリ４１３に設けられ、クラッチＣと係合可能である。第２係合部５２は、第４プーリ４１４に設けられ、クラッチＣと係合可能である。そして、クラッチＣは、第１係合部５１に係合する第１切替位置と、第２係合部５２に係合する第２切替位置と、第１係合部５１及び第２係合部５２のいずれにも係合しない中立位置と、を取り得る。

したがって、伝達切替部５０のクラッチＣが第１切替位置に移動する第１切替モードでは、第１伝達部４１が作動し、第１出力軸３１と第２駆動軸１２との間で回転が伝達される。また、クラッチＣが第２切替位置に移動する第２切替モードでは、第２伝達部４２が作動し、第２出力軸３２と第２駆動軸１２との間で回転が伝達される。逆に言えば、第１切替モードでは、第２伝達部４２は作動せず、第２出力軸３２と第２駆動軸１２との間では回転が伝達されない。また、第２切替モードでは、第１伝達部４１は作動せず、第１出力軸３１と第２駆動軸１２との間では回転が伝達されない。さらに、クラッチＣが中立位置に移動する中立モードでは、第１伝達部４１及び第２伝達部４２はともに作動せず、第１出力軸３１及び第２出力軸３２と、第２駆動軸１２と、の間では回転は伝達されない。

［動作］
各運転モードにおける動力伝達装置３の動作は、以下の通りである。

＜車両の発進及び走行＞
（１）エンジン１による発進及び走行
エンジン１によって車両を発進させる場合は、まず、変速機４においてブレーキ（図示せず）を作動させておく。これは、エンジン始動と同時に車両が前進するのを防止するためである。次に、図２に示すように、伝達切替部５０のクラッチＣを第３プーリ４１３の第１係合部５１に係合させて、伝達切替部５０を第１切替モードに切り替える。これにより、第１伝達部４１において、回転の伝達が可能になる。

以上のような状態で、電動機２を駆動する。この電動機２の回転は、第２駆動軸１２→伝達切替部５０→第１伝達部４１（第３プーリ４１３→ベルト４１５→第１プーリ４１１）→第１出力軸３１→トルクコンバータ２０（インペラ２１）→第１駆動軸１１の経路でエンジン１に伝達される。そして、エンジン１の回転中に点火することによって、エンジン１が始動する。ここでは、電動機２を、エンジン１のスタータとして機能させることができる。

そして、エンジン１の始動後、変速機４のブレーキを解除する。これにより、エンジン１の回転は、第１駆動軸１１→トルクコンバータ２０→第２出力軸３２→変速機４の経路で伝達され、車両を発進させ、走行することができる。

このとき、伝達切替部５０は第１切替モードに切り替えられているので、エンジン１の回転は第２駆動軸１２に伝達され、油圧発生装置６０が駆動されている。したがって、油圧を各部に供給することができる。

なお、アイドリングストップが採用された車両では、アイドリングストップの際にエンジン１の回転は停止する。この場合、本実施形態では、伝達切替部５０の中立モードにおいて電動機２を回転させることによって油圧発生装置６０を駆動させることができる。したがって、アイドリングストップ中においても各部に適切な油圧を供給することができ、アイドリングストップの時間を長くとることができる。

（２）電動機２による発進及び走行
電動機２によって車両を発進させる場合は、伝達切替部５０のクラッチＣを第３プーリ４１３の第１係合部５１に係合させて、伝達切替部５０を第１切替モードに切り替える。この状態で、電動機２を駆動する。電動機２の回転は、第２駆動軸１２→伝達切替部５０→第１伝達部４１（第３プーリ４１３→ベルト４１５→第１プーリ４１１）→第１出力軸３１→トルクコンバータ２０→第２出力軸３２の経路で変速機４に伝達され、車両を発進させることができる。

また、同様の経路で電動機２による走行を行うことができる。この電動機２による走行中は、電動機２の動力をトルクコンバータ２０によって増幅することができるので、比較的小型の電動機を採用することができる。また、第１伝達部４１の変速比を適宜設定することによって、仕様に応じて適切な動力、回転数を得ることができる。

このとき、電動機２の回転によって油圧発生装置６０が駆動されている。したがって、油圧を各部に供給することができる。

＜電動機走行中のエンジン始動＞
電動機２によって走行しているとき、前述のように、トルクコンバータ２０（インペラ２１）が回転しているので、この回転は、第１駆動軸１１を介してエンジン１に伝達されている。すなわち、電動機２による走行中は、エンジン１が連れ回りしている。したがって、エンジン１を点火すれば、エンジン１は始動する。エンジン１の始動後、エンジン１の回転はトルクコンバータ２０を介して変速機４に伝達されるので、電動機２による走行中にエンジン１を始動させても、トルクコンバータ２０によって車両のショックを低減することができる。なお、この場合、ロックアップクラッチ２４はオフ（動力伝達遮断）が好ましい。

＜エネルギ回生＞
エネルギ回生を行う場合は、図３に示すように、伝達切替部５０のクラッチＣを第４プーリ４１４の第２係合部５２に係合させて、伝達切替部５０を第２切替モードに切り替える。また、ロックアップクラッチ２４をオフにしておく。

ここでは、変速機４からの回転は、第２出力軸３２→第２伝達部４２（第２プーリ４１２→ベルト４１６→第４プーリ４１４）→伝達切替部５０→第２駆動軸１２の経路で電動機２に伝達され、電動機２を回転させることができる。そして、この電動機２の回転によって発生した電力をバッテリに充電することができる。なお、変速機４からの回転は、第２出力軸３２を介してタービン２２に伝達される。しかし、前述のように、トルクコンバータ２０では、タービン２２に入力された回転は、インペラ２１へはほとんど伝達されない。このため、変速機４からの回転が、第２出力軸３２及びタービン２２に伝達されても、このタービン２２の回転はエンジン１には伝達されない。

このため、エネルギ回生時において、エンジン１の連れ回りを防止でき、エネルギ回生時におけるエンジン連れ回りによるロスをなくすことができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）前記実施形態では、伝達制御部としてトルクコンバータ２０を例にとって説明したが、伝達制御部はこの例に限定されない。例えば、フルードカップリングを用いることもできる。また、ロックアップクラッチを有していないトルクコンバータであってもよい。

（ｂ）第１伝達部４１及び第２伝達部４２を、プーリとベルトによって構成したが、例えば、チェーン及びスプロケットや、歯車列等、種々の構成を採用することができる。

（ｃ）伝達切替部５０のクラッチＣ及び係合部５１，５２については、ドグクラッチ、摩擦クラッチ、磁力式クラッチ等、種々の構成を採用することができる。

１ エンジン
２ 電動機
３ 動力伝達装置
４ 変速機
１１ 第１駆動軸
１２ 第２駆動軸
２０ トルクコンバータ（伝達制御部）
２１ インペラ
２２ タービン
２３ ステータ
３１ 第１出力軸
３２ 第２出力軸
４１ 第１伝達部
４２ 第２伝達部
５０ 伝達切替部
６０ 油圧発生装置

Claims (8)

1. エンジン及び電動機からの動力を変速機に伝達する動力伝達装置であって、
   前記エンジンの回転が入力される第１駆動軸と、
   前記第１駆動軸と別の回転軸心を持ち、前記電動機の回転が入力される第２駆動軸と、
   前記第１駆動軸に連結されるとともに前記第２駆動軸の回転が入力可能であるインペラと、前記第２駆動軸の回転が入力可能であるタービンと、を有するトルクコンバータと、
   前記インペラに連結された第１出力軸と、
   前記タービンに連結されるとともに、クラッチ機構を介することなく前記変速機に直結された第２出力軸と、
   前記第１出力軸と前記第２駆動軸との間で回転を伝達可能な第１伝達部と、
   前記第２出力軸と前記第２駆動軸との間で回転を伝達可能な第２伝達部と、
   前記第１伝達部と前記第２伝達部のいずれか一方のみを作動可能にする伝達切替部と、
   を備え、
   前記トルクコンバータは、前記第１駆動軸からの回転を前記第１出力軸及び前記第２出力軸に伝達するとともに、前記変速機から前記第２出力軸を介して前記タービンに入力される回転を前記インペラに伝達しない、
   動力伝達装置。
   
2. 前記トルクコンバータは、前記インペラと前記タービンとの間にステータをさらに有している、請求項１に記載の動力伝達装置。
   
3. 前記第１駆動軸、前記第１出力軸、及び前記第２出力軸は、同じ回転軸心を有している、請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
   
4. 前記第１伝達部は所定の変速比を有している、請求項１から３のいずれかに記載の動力伝達装置。
   
5. 前記第１伝達部と前記第２伝達部とは異なる変速比を有している、請求項４に記載の動力伝達装置。
   
6. 前記第２駆動軸に連結された油圧発生装置をさらに備えている、請求項１から５のいずれかに記載の動力伝達装置。
   
7. 前記伝達切替部は、
   前記第１伝達部のみを作動可能にする第１切替モードと、
   前記第２伝達部のみを作動可能にする第２切替モードと、
   前記第１伝達部と前記第２伝達部の両方を作動不能にする中立モードと
   を選択可能である、
   請求項１から６のいずれかに記載の動力伝達装置。
   
8. エンジンと、
   電動機と、
   変速機と、
   請求項１から７のいずれかに記載の動力伝達装置と、
   を備えたハイブリッドシステム。

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